[发明专利]一种测量磁悬浮球微位移的装置及测量方法

摘要

本发明公开了一种测量磁悬浮球微位移的装置和方法，所述装置包括球腔、上悬浮线圈、下悬浮线圈、上金属环、下金属环、中间金属环、磁悬浮球。所述方法利用上金属环、磁悬浮球、下金属环组成的电容传感器来测量磁悬浮球在z坐标轴方向上的微位移，利用x轴中间金属环和y轴金属环与磁悬浮球组成的电容传感器分别测量x轴、y轴方向上的微位移。此装置结构简单，方法简便，测量精度高，适合于在低温超导仪器中测量超导体微位移测量。

主权项

1.一种使用测量磁悬浮球微位移装置测量磁悬浮球微位移的方法，所述测量磁悬浮球微位移装置包括球腔(1)、上悬浮线圈(2)、下悬浮线圈(3)、上金属环(6)、下金属环(7)、中间金属环(8)、磁悬浮球(4)；所述上悬浮线圈(2)和下悬浮线圈(3)分别布置在球腔(1)的上端和下端；所述上金属环(6)、中间金属环(8)和下金属环(7)的内表面共同组成球腔，球腔(1)内部装有磁悬浮球(4)；所述上金属环(6)、中间金属环(8)和下金属环(7)之间分别有环氧树脂制成的上下绝缘层(9)进行隔离；所述中间金属环(8)分为第一x轴方向金属环(11)，第二x轴方向金属环(12)、第一y轴方向金属环(14)，第二y轴方向金属环(15)；第一x轴方向金属环(11)，第二x轴方向金属环(12)之间通过环氧树脂制成的中间绝缘层(13)隔离，第一y轴方向金属环(14)，第二y轴方向金属环(15)之间通过环氧树脂制成的中间绝缘层(13)隔离；所述x轴方向金属环为在x轴方向对称布置的一对金属环:第一x轴方向金属环(11)和第二x轴方向金属环(12)组成，与磁悬浮球(4)一起组成在x轴方向测量悬浮球(4)微位移的电容传感器；所述y轴方向金属环为在y轴方向对称布置的一对金属环:第一y轴方向金属环(14)和第二y轴方向金属环(15)组成，与磁悬浮球(4)一起组成在y轴方向测量悬浮球(4)微位移的电容传感器；所述上金属环(6)、下金属环(7)和磁悬浮球(4)一起组成在z轴方向测量悬浮球(4)微位移的电容传感器；所述磁悬浮球(4)是由超导金属材料铌制成的空心薄壁球，顶部有极轴孔(5)，通过极轴孔(5)通气保证转子内外压力差相等；其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将上悬浮线圈(2)、下悬浮线圈(3)通入适当电流，使线圈产生的磁场与磁悬浮球(4)相互作用产生的磁悬浮力与磁悬浮球(4)重力的合力大于零，磁悬浮球(4)开始悬浮；(2)测量z轴方向磁悬浮球(4)位移，将上金属环(6)通入1MHz，10v的高频电压，将下金属环(7)通入10KHz，‑10v的反向高频电压，将中间金属环(8)上感应电压信号输出进行放大、相敏检波、低通滤波，最后得到与悬浮位移成线性变换的测量电压信号，通过标定悬浮位移与测量电压信号关系，省略非线性项得到：另有其中，KZ表示电容传感器的灵敏度，磁悬浮球(4)与上金属环(6)、下金属环(7)的标称电容及标称间隙分别为C0、d0，z表示磁悬浮球(4)的位移，ΔCz是电容变化量，通过测量电压得到ΔCz，并已知ΔCz与位移z之间成正比关系，即可从获得的测量电压信号得到z轴方向上磁悬浮球(4)位移大小。